Giunchi luminosi, la vulnerabilità del giunto di unione

Lo studio in esame riguarda la vulnerabilità del giunto di unione degli elementi costituenti i “giunchi luminosi”, nell’ambito del Parco della Memoria a S. Giuliano di Puglia (CB). Il sistema, indicato nella fig.1, è costituito da filari longitudinali ciascuno con 46 giunchi ad altezza variabile collegati in testa mediante cavo in acciaio f1.5mm.

  

 

 

di Ing. Giuseppe Rossi, Ing. Felisiano Propato – Planning Workshop s.r.l.

 

Il singolo elemento, “giunco”, si compone di un’asta in poliestere rinforzato con fibra di vetro (VTR), avente sezione tubolare cava di diametro D=12.5mm e spessore s=1.25mm. Le proprietà elastiche ed inelastiche sono state determinate mediante prove di carico eseguite in laboratorio, confrontandole con le analisi numeriche del modello FEM realizzato con il software STRAUS7 R2.4.4, in regime di grandi spostamenti e non linearità meccanica (figg.2-4).
Le figg. 5-7 mostrano i parametri che governano la dinamica del singolo filare, ottenuti confrontando le prove di oscillazione in sito con le analisi FEM.
In fig.8 è indicato il sistema ottimizzato con connessioni trasversali e 8 collegamenti a terra, teso ad aumentare la robustezza nei confronti di azioni vandaliche ma conservare l’effetto ondeggiante per le azioni ordinarie da vento.
La fig.9 chiarisce il sensibile incremento di robustezza ottenuto con il Sistema irrigidimento ottimo; risultato estremamente positivo se si osserva la fig.10: il periodo di oscillazione si riduce per i sistemi più rigidi con modesto incremento delle velocità, quindi dell’energia cinetica di rilascio che influenza la forza d’impatto dell’ogiva sul pedone.

 

Problema della vulnerabilità del giunto
Le aste costituenti il giunco luminoso venivano prodotte in stabilimento con altezze standard pari a 2.20m; poiché le altezze di progetto erano superiori a tale soglia si rendeva necessaria l’unione di due aste e quindi un giunto in grado di ripristinare la continuità dell’elemento.
Originariamente in corrispondenza dell’unione delle due aste era stato previsto l’inserimento di un’anima interna in VTR a sezione tubolare cava di diametro D=10mm e spessore s=1mm, incollata in prossimità del giunto per una lunghezza di 20cm. Le aste così realizzate, sono state sottoposte a prove con applicazione di una forza orizzontale in prossimità del giunto, riscontrando  la rottura fragile dello stesso. Da qui la necessità di mettere a punto un modello in grado di riprodurre il fenomeno, utile ad individuare la migliore soluzione per rendere il giunto “elemento forte” (ultimo elemento a rompersi) e non “elemento debole”.
A tal fine è stato realizzato un modello FEM locale costituito da un solo giunco luminoso di altezza 3.50m opportunamente mesciato con elementi beam, mentre elementi spring-damper simulano la rigidezza e lo smorzamento viscoso ottenuti dal modello globale “Sistema Irrigidimento Ottimo”. Anche l’anima interna in VTR è modellata con elementi beam sovrapposti a quelli rappresentativi dei giunchi; in corrispondenza dell’unione tali elementi sono continui (incastro interno), mentre quelli che modellano il giunco presentano sconnessioni nel nodo in comune, sia traslazioni che rotazionali. In fig.11 sono sintetizzati i risultati dell’analisi statica con non linearità geometrica e meccanica, che simulano la prova effettuata in sito: si vede che all’estremo dove è presente la sconnessione dei giunchi l’unica sezione a “lavorare” è quella costituita dall’anima interna con diametro e spessore ridotti, quindi minore inerzia ed aumento dello stato tensionale con conseguente rottura prematura del giunto (elemento debole) per F≈21kgf.

La soluzione più semplice e logica è quella di aumentare la sezione resistente in corrispondenza della discontinuità attraverso l’aggiunta di un’anima esterna in VTR a sezione tubolare cava di diametro D=14.5mm e spessore s=1mm incollata per una lunghezza complessiva di 20cm. I risultati della fig.12, ottenuti dalla riesecuzione delle analisi, chiariscono l’efficiacia dell’intervento con l’unione che diventa “elemento forte”: quando si raggiunge la rottura nella sezione di incastro del giunco per un’azione di F≈92kgf , l’anima esterna è ancora in campo elastico.

 

Bibliografia
Straus7, Theoretical Manual – Theoretical background to the Straus7 finite element analysis system, 1 Edition, G+D Computing, 2004.
Meirovitc, L., Element of vibration Analysis, 2nd Edition, McGraw-Hill, 1986.
Clough, R.W., and Penzien, J., Dinamics of structures, 2nd Edition, McGraw-Hill, 1993.
Andreaus, U., Placidi, L., Rega, G., Numerical simulation of the soft contact dynamics of an impacting bilinear oscillator, Communications in Nonlinear Science and Numerical Simulation, Vol. 15, Issue 9, pp. 2603-2616, 2010.
Agarwal, B.D., Placidi, and Broutman, L.J., Analysis and Performance of Fiber Composites, Wiley, 1980.
Anand, L., A constitutive model for Compressible Elastometric Solids, Computional Mechanics, Vol. 18, pp 339-355,1996.
Bathe, K. J., Finite Element Procedures in Engineering Analysis, Prentice-Hall, 1982.
Zienkiewicz, O. C., and Taylor, R. L., The Finite Element Method, 5th Edition; McGraw-Hill, London, 2001. 

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